06.08.2020 - American Society of Agronomy

Smartphones erweisen sich als zeitsparende Analysewerkzeuge

Messung der Bodendichte

Scheinbar hat jeder ein Smartphone in der Tasche, und wir finden jeden Tag neue Anwendungsmöglichkeiten dafür. Sie können uns helfen, Staus zu vermeiden oder uns mit der Familie aus der Ferne zu verbinden. Sie können sogar während der Fahrt Sprachen übersetzen.

Jetzt haben Wissenschaftler einen neuen Trick herausgefunden. Mit einer normalen Smartphone-Kamera und einigen 3D-Druckwerkzeugen haben sie eine einfachere Methode zur Messung der Bodendichte entwickelt. Mit dem Volumen und dem Gewicht von Bodenproben können die Wissenschaftler die Nährstoff- oder Kohlenstoffvorräte in den Böden vergleichen, damit wir sie besser verwalten können. Mit ihrem neuen System reproduzieren sie billig teure, zeitaufwändige Methoden, die Laser oder unsauberes Wachs erfordern.

"Der neue Ansatz könnte es Wissenschaftlern auf der ganzen Welt ermöglichen, ihre Arbeit mit Werkzeugen zu beschleunigen, die sie bereits besitzen oder leicht erwerben können", sagt Colby Brungard. Brungard ist Forscher an der staatlichen Universität von New Mexico.

Die Messung der Bodendichte ist im Prinzip einfach, aber in der realen Welt schwierig. Um die Dichte zu bestimmen, benötigen Wissenschaftler das Gewicht oder die Masse eines Bodenklumpens zusammen mit dem Volumen. Um das Gewicht zu bestimmen, ist lediglich eine Waage erforderlich. Aber die Bestimmung des Volumens von Bodenklumpen - Pedale genannt - ist traditionell eine viel schwierigere Aufgabe.

Bei der ursprünglichen Methode, das Volumen zu messen, wurde das Bodenped sorgfältig mit Wachs bestrichen und dann in Wasser gelegt. Unordentlich. Das dreidimensionale Laserscannen hat sich als Alternative herauskristallisiert, aber es ist teuer und zeitaufwändig.

Mit diesen Herausforderungen im Hinterkopf suchte Brungard nach einer besseren Methode. Aufgrund der Arbeit eines Kollegen wusste er, dass Fotos zur Volumenmessung verwendet werden könnten. Also dachte er sich, er bräuchte nur Fotos aus den richtigen Winkeln und einen Maßstab. Brungard beschloss, den Studenten während eines Gastvortrags die Idee der Erstellung einer mobilen App vorzustellen.

"Als ich die Gastvorlesung hielt, erläuterte ich meine Idee und fragte die Studenten, ob einer von ihnen Interesse daran hätte, das Projekt zu übernehmen", sagt Brungard. "Michael Whiting, ein Student der Klasse und der Hauptautor der Arbeit, meldete sich freiwillig und führte die Recherche durch.

Das Team wandte sich modernen Annehmlichkeiten zu. Sie wussten, dass Smartphones über Kameras verfügten, die gut genug waren, um hochauflösende Fotos von einem Bodenped zu machen. Um eine konsistente Ansicht der gesamten Bodenprobe zu erhalten, benutzten sie einen 3D-Drucker, um eine winzige Drehscheibe von nur wenigen Zentimetern Durchmesser zu erstellen. Die Drehscheibe hatte eine Halterung für das Telefon, um es ruhig zu halten. Und er hatte eine einfache Kurbel, mit der er von Hand gedreht werden konnte, während das Telefon mehrere Bilder aufnahm.

Die Wissenschaftler luden die Bilder in ein Programm hoch, das sie zu einem 3D-Bild zusammenfügen konnte, was ein Maß für das Volumen ergab. Als sie das Smartphone-System mit den alten Standby-Systemen wie Laserscannen oder Wachstauchen verglichen, waren die endgültigen Messungen nahezu identisch. Diese Genauigkeit bewahrheitete sich bei fünf verschiedenen Arten von Bodenpedalen.

Auch das Smartphone-System war schnell. Es dauerte nur 15 Minuten pro Probe, während ein Laserscan anderthalb Stunden dauern kann. Aber es gab eine Ausfallzeit, während das Computerprogramm die Bilder analysierte, eine rechenintensive Aufgabe. Nichtsdestotrotz war die Methode einfach, schnell, billig und genau. Eine Win-Win-Win-Win-Win-Situation.

"Die Photogrammetriemethode erfordert keine komplizierten oder teuren Geräte wie herkömmliche 3D-Laserscanner, da selbst Low-Budget-Handys wahrscheinlich über geeignete Kameras verfügen", sagt Brungard. "Andere können dies aufgrund der hohen Funktionalität von Mobiltelefonen schnell nachahmen", sagt Brungard. Außerdem sind die Pläne für die 3D-Drehscheibe online verfügbar.

Dank dieser weithin verfügbaren Werkzeuge können andere Wissenschaftler mit Smartphones, die sie wahrscheinlich bereits besitzen, und einfachen 3D-Druckentwürfen sofort mit der Analyse dieser wichtigen Bodeneigenschaft beginnen. Und das alles mit der Leistung, die sie bereits in der Tasche haben.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Smartphones
  • Laser
  • Dichte
  • Mexiko
  • Laser-Scanner
  • Kameras
  • Kohlenstoff
Mehr über American Society of Agronomy